CN105207257A - 海上风机并网方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上风机并网方法，包括：海上风机将风能转换为交流电后，经升压变压器升高到合适的电压，并接入到交流母线；交流母线汇集所述升压变压器升压后的交流电；海上换流站将所述交流母线上汇集的交流电变换为直流电；海底电缆将所述海上换流站变换后的直流电进行远距离传输；陆上换流站将所述海底电缆传输的直流电变换为交流电；通过主变压器将所述陆上换流站变换的交流电转换为合适的电压等级，并入主电网。本发明还提供了一种海上风机并网系统。本发明解决了离岸距离较远、容量较大的海上风电场并网问题。

Description

海上风机并网方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统新能源技术领域，尤其涉及一种海上风机并网方法及系统。

背景技术

风力发电技术作为目前可再生能源发电中的一项最有效且发展最迅速的发电技术。其中，海上风电场和陆上风电场相比，有着独特的几个优势，是未来风电发展的大趋势。

海上风电场的优势主要表现在以下几个方面：(1)海上风速较陆上大且稳定；(2)节约土地资源，减少噪声；(3)海平面摩擦力小，可延长设备的使用寿命；(4)风切度小，不需要很高的塔架，可以降低风电机组的成本。

目前海上风电场由于规模比较小，一般采用加静止无功发生器的交流电缆传输并网方式，交流输电方式是将风力发电机发出的交流电升压后通过海底交流电缆输送到岸上。这种并网方式结构简单、成本低，但缺点是传输距离和容量受限，适合小容量、近距离的海上风电场并网，而且由于风力发电的电压、频率的不稳定性，往往造成使用自动准同步的交流并网方式比较困难。并且，随着海上风电场规模的不断扩大，对于额定容量达到几十兆瓦的较大型海上风电场，由于交流电缆对传输容量的限制，采用交流电直接并网方式不再适用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种海上风机并网方法及系统，以解决离岸距离较远、容量较大的海上风电场并网问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种海上风机并网方法，包括：

海上风机将风能转换为交流电后，经升压变压器升高到合适的电压，并接入到交流母线；

交流母线汇集所述升压变压器升压后的交流电；

海上换流站将所述交流母线上汇集的交流电变换为直流电；

海底电缆将所述海上换流站变换后的直流电进行远距离传输；

陆上换流站将所述海底电缆传输的直流电变换为交流电；

通过主变压器将所述陆上换流站变换的交流电转换为合适的电压等级，并入主电网。

进一步的，所述海上风机具体为直驱型永磁风力发电机。

本发明还提供了一种海上风机并网系统，包括：

海上风机，用于将风能转换为交流电；

升压变压器，与海上风机对应一一连接，用于将对应的海上风机转换的交流电升高到合适的电压；

交流母线，连接所述升压变压器，用于汇集所述升压变压器升压后的交流电；

海上换流站，与所述交流母线连接，用于将交流母线上汇集的交流电变换为直流电；

海底电缆，与所述海上换流站连接，用于将所述海上换流站变换后的直流电进行远距离传输；

陆上换流站，与所述海底电缆连接，用于将传输的直流电变换为交流电；

主变压器，与所述陆上换流站连接，用于将所述陆上换流站变换的交流电转换为合适的电压等级，并入主电网。

进一步的，所述海上风机具体为直驱型永磁风力发电机。

实施本发明，具有如下有益效果：

1、在输送相同功率时，直流输电所用电缆数量少，线路造价低；

2、直流输电导线数量少，其有功损耗较小；

3、直流电缆在运行中，只有芯线上的电阻损耗，没有磁感应损耗，因此绝缘的老化比交流电缆慢很多、使用寿命也相应比交流电缆长很多，适宜于海底敷设；

4、直流输电无同步问题，运行可靠，不存在稳定性问题，因此其输电距离不受限制，适宜于离岸较远的海上风电场；

5、直流输电通过换流器能够方便、快速地调节有功功率和实现潮流翻转，调节速度快。

6、能够隔离两端交流网络故障之间的影响，功率方向易于控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的海上风机并网方法的一个实施例的流程示意图；

图2是本发明提供的海上风机并网系统的一个实施例的系统连接图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明提供的海上风机并网方法的一个实施例的流程示意图，如图1所示，包括步骤：

S101、海上风机将风能转换为交流电后，经升压变压器升高到合适的电压，并接入到交流母线。

其中，所述海上风机具体为直驱型永磁风力发电机。直驱型永磁风力发电机组相对于传统的异步发电机组，其优点是：由于传动系统部件的减少，提高了机组的可靠性，降低了噪声；永磁发电技术及变速恒频技术的采用，提高了风力发电机组的效率；利用变速恒频技术，能够进行无功功率补偿。

直驱型永磁风力发电机组的变流器可以采用不可控整流+Boost+逆变的方案。该方案的原理是：将低速直驱型永磁风力发电机组发出的频率、幅值变化的交流电经过整流之后变为直流电，经过Boost电路升压后，再经过三相逆变器变换为三相恒幅交流电连接到电网。通过中间电力电子变换环节，可以对风力发电机组的有功功率和无功功率进行控制，从而最大效率的利用风能。Boost电路的输入侧有储能电感，可以减小输入电流纹波；输出侧有滤波电容，可以减小输出电压纹波；因此利用Boost电路在斩波的同时，还实现了功率因数矫正的作用。当风速变化时，不可控整流得到的电压也在变化，而通过Boost电路的调节，可以保持直流侧电压的稳定，使得输出电压保持恒定。不可控整流+Boost+逆变电路构成的整流器，控制简单，实现起来相对容易，可靠性高，可以实现在无速度传感器时对永磁同步发电机的控制，节约了成本。

S102、交流母线汇集所述升压变压器升压后的交流电。

S103、海上换流站将所述交流母线上汇集的交流电变换为直流电。

S104、海底电缆将所述海上换流站变换后的直流电进行远距离传输。

S105、陆上换流站将所述海底电缆传输的直流电变换为交流电。

S106、通过主变压器将所述陆上换流站变换的交流电转换为合适的电压等级，并入主电网。

图2是本发明提供的海上风机并网系统的一个实施例的系统连接图，如图2所示，包括：

海上风机，用于将风能转换为交流电；其中，所述海上风机具体为直驱型永磁风力发电机；

升压变压器，与海上风机对应一一连接，用于将对应的海上风机转换的交流电升高到合适的电压；

交流母线，连接所述升压变压器，用于汇集所述升压变压器升压后的交流电；

海上换流站，与所述交流母线连接，用于将交流母线上汇集的交流电变换为直流电；

海底电缆，与所述海上换流站连接，用于将所述海上换流站变换后的直流电进行远距离传输；

陆上换流站，与所述海底电缆连接，用于将传输的直流电变换为交流电；

主变压器，与所述陆上换流站连接，用于将所述陆上换流站变换的交流电转换为合适的电压等级，并入主电网。

实施本发明，具有如下有益效果：

1、在输送相同功率时，直流输电所用电缆数量少，线路造价低；

2、直流输电导线数量少，其有功损耗较小；

3、直流电缆在运行中，只有芯线上的电阻损耗，没有磁感应损耗，因此绝缘的老化比交流电缆慢很多、使用寿命也相应比交流电缆长很多，适宜于海底敷设；

4、直流输电无同步问题，运行可靠，不存在稳定性问题，因此其输电距离不受限制，适宜于离岸较远的海上风电场；

5、直流输电通过换流器能够方便、快速地调节有功功率和实现潮流翻转，调节速度快。

6、能够隔离两端交流网络故障之间的影响，功率方向易于控制。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种海上风机并网方法，其特征在于，包括：

海上风机将风能转换为交流电后，经升压变压器升高到合适的电压，并接入到交流母线；

交流母线汇集所述升压变压器升压后的交流电；

海上换流站将所述交流母线上汇集的交流电变换为直流电；

海底电缆将所述海上换流站变换后的直流电进行远距离传输；

陆上换流站将所述海底电缆传输的直流电变换为交流电；

通过主变压器将所述陆上换流站变换的交流电转换为合适的电压等级，并入主电网。

2.如权利要求1所述的海上风机并网方法，其特征在于，所述海上风机具体为直驱型永磁风力发电机。

3.一种海上风机并网系统，其特征在于，包括：

海上风机，用于将风能转换为交流电；

升压变压器，与海上风机对应一一连接，用于将对应的海上风机转换的交流电升高到合适的电压；

交流母线，连接所述升压变压器，用于汇集所述升压变压器升压后的交流电；

海上换流站，与所述交流母线连接，用于将交流母线上汇集的交流电变换为直流电；

海底电缆，与所述海上换流站连接，用于将所述海上换流站变换后的直流电进行远距离传输；

陆上换流站，与所述海底电缆连接，用于将传输的直流电变换为交流电；

主变压器，与所述陆上换流站连接，用于将所述陆上换流站变换的交流电转换为合适的电压等级，并入主电网。

4.如权利要求3所述的海上风机并网方法，其特征在于，所述海上风机具体为直驱型永磁风力发电机。